强夯处理地基参数的设计

西安建筑科技大学

洛阳石油化工工程公司 冯 迪

强夯处理地基参数的设计

西安建筑科技大学

洛阳石油化工工程公司 冯 迪

一、强夯简介

强夯法20世纪60年代创建于法国，20世纪70年代传入我国。由于强夯法具有适应范围广、加固效果显著、技术经济易行、施工周期短、设备简单、质量容易保证、节省资源等优势，因此在地基处理工程中得到大力推广，成为地基处理中一种常用的地基处理手段，现已广泛应用于碎石土、人工填土、杂填土、湿陷性黄土、沙土、低饱和度的粉土和黏性土等的地基处理中。

二、适合强夯处理的地基条件

强夯法适于处理碎石土、沙土、低饱和度的粉土和黏性土、素填土和杂填土、湿陷性黄土等。一般来说，强夯法不适于处理饱和度较高的粉土、黏性土以及淤泥质土。

三、强夯处理效果的要求

强夯处理效果可综合反映在承载力、强夯有效加固深度、经过处理后的地基土的压缩性等方面。经过强夯处理的地基土，在均匀性上是可靠的，这是因为在强夯施工过程中，夯坑及其周围的土层是逐渐加密的，而夯机停夯的标准是由最后两击平均夯沉量控制的。对于强夯处理效果的要求，也就是对地基土的承载力、土的压缩性及强夯处理深度的要求。

设计中应根据地基土层情况、建（构）筑物的结构形式、基础形式、荷载情况及对沉降的敏感程度等，考虑对强夯处理效果的要求，应以安全、经济为原则。例如，对于石油化工装置区的道路、小型设备基础集中区、油罐区的附属设施区等，可以降低对承载力的要求，降低对强夯处理深度以及土的压缩性的要求。对于石油化工装置区的管、构架及大型设备基础集中区，可以提高地基土的承载力要求，但处理深度不需要很大，因为根据计算统计资料，在22°扩散角的情况下，中小型基础的基底附加应力在等边长深度下只有原来的30%左右，即使强夯处理未能加固到这个深度，通过验算，软弱下卧层基本上也能够满足要求。对于油罐这类大型基础，由于其基底附加应力衰减慢，影响深度大，罐本身对沉降十分敏感，对于这类基础，强夯处理效果的要求较为严格，地基土承载力、强夯加固深度、地基土压缩性改善情况等均应满足要求。

四、设计时对强夯参数的初定

根据以上所述，在设计时，首先应根据地质资料，确定最适宜的地基处理方式。如果选择使用强夯处理地基，在确定对强夯处理效果的要求后，即可根据所提出的要求，综合考虑所设计的建（构）筑物特征、地基土条件、土的物理力学特性等因素，初步确定强夯设计参数。

强夯基本设计参数包括强夯的能级、夯锤质量及锤底面积、夯点间距及布置、单点夯击次数、收锤标准、夯击遍数、遍夯之间的间隔时间等。

1.强夯的能级。强夯能级主要根据地基土性质以及所要求的强夯处理的有效加固深度来确定。《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79-2002）（以下简称《规范》）中就不同单击夯击能和不同性质的土，给出了强夯法的有效加固深度值。但是对于强夯有效加固深度的概念，目前还没有一个明确的定义。衡量强夯有效加固深度没有明确的量化指标，是一个比较模糊的概念，在实际应用中很难界定。在设计中，所关心的是需要处理到哪一层土以及需要将这一层土处理到什么程度，即需要这层土的承载力达到什么程度，需要这层土的压缩模量达到一个什么数值。表1所列数值仅仅是一个经验值和参考值，故在实际工程设计中还应根据实际需要，对所需加固的各土层提出具体的量化指标，如处理后各土层的承载力、压缩模量等，并在试夯中进行检验。如果能够满足要求，则可用来指导大面积强夯施工；如果不能满足要求，则要进行调整。

表1 强夯法的有效加固深度 m

2.夯锤质量及锤底面积。实际上也就是夯锤底静接地压力值的要求。根据规范要求，其值可取25～40kPa（粗颗粒土取大值，细颗粒土及含水量较高的土取小值）。

3.夯点间距及布置。夯点间距的选取原则是要使夯击尽量向下传递，同时使夯击能量所影响的土层得到有效加固。因此，夯点的间距应远近适中，夯点下的应力影响范围适当地互相重叠有利于土层的加固，但重叠区域不宜过多，否则会影响夯击能量的向下传递，从而影响强夯的加固深度。由此可知，夯点间距的选取与夯击能、所需要的强夯加固深度及所加固的地基土性质有关。对于大能级强夯以及在同能级强夯下要求强夯加固深度大的地域，夯点间距应大一些；反之，夯点间距应小一些。对于细颗粒土，夯点间距应大一些；对于粗颗粒土，则应小一些。夯点布置的原则是要使各夯点的间距均衡相近，以使所要处理的土层相对均匀，同时还要兼顾实际操作，方便施工，从而提高强夯的施工效率。对于夯点的布置，在大面积强夯处理工程中主要采用两种方式：一种是等边三角形布置方式，一种是正方形中间插点布置方式，后一种布置方式在工程中应用得较多。采用正边形中间插点布置方式，对于3 000～4 000kN·m能级的强夯，正方形边长一般取5～7m；对于6 000～8 000kN·m能级的强夯，正方形边长一般取7～10m。

4.单点夯击次数。强夯的夯击能是指单次夯击的能量，结合单点夯击次数，用来确定单点的夯击总能。单点夯击次数的选取原则是应使夯坑的压缩量最大，夯坑周边的隆起量最小。由此，如果单点的夯击次数过少，地基土就不会达到最佳夯实状态，强夯就不会达到最好的加固效果。如果单点的夯击次数过多，会浪费多余的能量，反射回的震波会对地表部分的土层起到振松的作用，同时会加大夯坑周边地面的隆起量。单点夯击次数与强夯的能级、夯点间距、所加固的地基土性质有关，其中与地基土性质关系最为密切，由于其不确定性，在设计中很难估算单点夯击次数。一般的做法是，首先根据类似的工程经验，提出一个初步参考值，然后根据试夯得到的夯击次数和夯沉量关系曲线确定最佳夯击次数。《规范》对最佳夯击次数尚有以下要求。

（1）最后两击的平均夯沉量不宜大于下列数值。当单击夯击能小于4 000kN·m时为50mm；当单击夯击能为4 000～6 000kN·m时为100mm；当单击夯击能大于6 000kN·m时为200mm。

（2）夯坑周围地面不宜发生过大隆起。

（3）不会因夯坑过深而发生提锤困难。

以上3点要求，也称为收锤标准或停夯标准。

5.夯击遍数及遍夯之间的间隔时间。夯击遍数及遍夯之间的间隔时间一般来说与待处理的地基土性质有关。对强夯来说，为了保证地基处理质量及有效加固深度，不论何种土质，均应跳夯。对于夯击遍数，有两种意思，一种是指包含单点夯击的遍数，也就是说，在第一遍夯时，由于各种原因，单点夯击达不到收锤标准，停锤，继续下一个夯点。待第一遍完成后，经过一定的间隔时间，再对原夯点进行第二遍夯击，直到达到收锤标准。第二种是指在第一遍夯完后（单点夯击达到收锤标准），经过一定的间隔时间后，进行下一遍夯击，直到全部夯完。在这里，夯击遍数实际上取决于每一遍夯击的夯点间距。对于渗透性较差的细颗粒土地基，由于排水通道不畅，随着强夯的进行，孔隙水压力增长较快。为了提高强夯加固效率，应加大每一遍夯击的夯点间距，实际上就是增加夯击遍数，一般来说，需要2～4遍。对于粗颗粒土地基，一般只需要1～2遍夯击；即使夯两遍，由于孔隙水压力消散快，两遍夯击之间也不需要间隔时间。关于每遍夯击之间的间隔时间，则取决于所处理地基土中超静孔隙水压力消散时间的快慢，这与许多因素有关。在设计阶段，很难提出一个比较确切的值，而应在试夯过程中，通过事先埋设的孔隙水压力传感器进行试夯后，对监测数据进行综合判断。如果场地的均匀性较差，通过试夯确定的参数常常会在大面积施工中得到修改。如果没有条件埋设孔隙水压力传感器，可参照规范提供的要求：对于渗透性较差的黏性土地基，间隔时间不少于3～4周；对于渗透性较好的地基，可连续夯击。

综上，对于强夯处理地基，应先根据设计要求，对所需加固的各土层提出承载力、压缩模量等具体指标。再根据场地条件和地基土性质，设计强夯施工的基本参数。并在试夯前根据地基土性质选择合适的试夯监测及检测方法，提出试夯要求。对试夯结果进行检测、验证、修改后，确定最终的强夯施工参数，以指导整个场区的大面积强夯施工。